高拱壩壩踵噴涂聚脲防滲層的性能與應(yīng)用研究.pdf

1、在施工期和運(yùn)行期高拱壩壩踵部位極易出現(xiàn)開(kāi)裂，導(dǎo)致高壓庫(kù)水進(jìn)入裂縫引發(fā)水力劈裂及各種次生災(zāi)害，危及大壩的安全，因此在高拱壩壩踵部分區(qū)域加強(qiáng)防滲處理保護(hù)是極為必要。噴涂聚脲彈性體作為新興的防護(hù)技術(shù)，具有其綠色環(huán)保、良好的防護(hù)性能，先進(jìn)的施工技術(shù)等優(yōu)勢(shì)，但在高拱壩壩踵防滲處理方面的應(yīng)用尚處于起步階段，無(wú)論是關(guān)鍵性能還是施工鋪設(shè)方法都缺乏可靠的理論的支撐。為深入了解應(yīng)用于高拱壩壩踵防滲的噴涂聚脲彈性體的性能，本文進(jìn)行的主要工作如下:
　　

2、(1)對(duì)聚脲彈性體材料的拉伸性能進(jìn)行了試驗(yàn)。聚脲的線(xiàn)彈性階段在0～0.1之間，對(duì)應(yīng)的彈性模量約為50 MPa;聚脲的拉伸強(qiáng)度大于22 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率大于450％;聚脲厚度隨伸長(zhǎng)率的增大而減小，當(dāng)伸長(zhǎng)率為100％時(shí)，聚脲試件厚度約為初始厚度的0.6倍，300％時(shí)約為初始厚度的0.5倍。
　　(2)進(jìn)行了整體涂層拉伸破壞試驗(yàn)和斷口掃描電鏡觀察(SEM)，并結(jié)合單軸拉伸試驗(yàn)的結(jié)果，描述了聚脲彈性體材料的拉伸破壞特征。試驗(yàn)表明，聚脲彈

3、性體材料具有典型的超彈性材料的韌性破壞特征，斷裂后永久變形不超過(guò)0.4，整體聚脲涂層的拉伸破壞以出現(xiàn)針眼狀孔為標(biāo)志，隨后孔擴(kuò)展并連接，最終導(dǎo)致涂層撕裂。
　　(3)自主設(shè)計(jì)并制作了涂層耐高水壓擊穿試驗(yàn)裝置。該裝置的靈活性和通用性高，能快速更換試件來(lái)模擬不同程度的裂縫開(kāi)裂，可觀測(cè)性、安全性好，能實(shí)現(xiàn)精確加載;適用于各種涂層材料的耐水壓擊穿測(cè)試。通過(guò)該裝置對(duì)不同厚度的聚脲涂層在背面裂縫開(kāi)裂情況下的耐擊穿性能進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明

4、，聚脲涂層的耐擊穿性能跟涂層厚度和底部裂縫寬度相關(guān)，厚度為2 mm、4 mm的聚脲涂層即可滿(mǎn)足2 mm、5 mm的裂縫在300 m水頭水壓力作用下的抗?jié)B要求。
　　(4)采用Ogden本構(gòu)公式對(duì)試驗(yàn)所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)進(jìn)行擬合表征，以此為基礎(chǔ)，通過(guò)ABAQUS有限元軟件中的Ogden本構(gòu)模型和4結(jié)點(diǎn)雙線(xiàn)性平面應(yīng)變四邊形單元CPE4RH，對(duì)聚脲涂層的耐擊穿行為進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果分析表明，在涂層厚度h相同的情況下，荷載作用下的中點(diǎn)豎向位

5、移Umax與裂縫的寬度d呈線(xiàn)性遞增關(guān)系，而在同自由段寬度d的相同的情況下，荷載作用下中點(diǎn)豎向位移Umax均隨涂層厚度的增大而減小，若假設(shè)兩者之間為線(xiàn)性關(guān)系，則遞減斜率K隨著寬度d的增大而增大;直接以h/d即厚寬比作為聚脲噴涂厚度控制量是不可取的，但h=2 mm和4 mm兩種厚度下Umax與h/d的變化趨勢(shì)相似;分析了最大3 MPa荷載下的應(yīng)變和應(yīng)力分量的分布，分析表明，涂層變形的外側(cè)區(qū)域局部應(yīng)力可達(dá)11 MPa，屬于易破壞區(qū)域。